GPS技術(shù)在公路測量方面的應(yīng)用

孫存彪

鼎力建設(shè)集團股份有限責(zé)任公司貴州分公司

GPS技術(shù)在公路測量方面的應(yīng)用

孫存彪

鼎力建設(shè)集團股份有限責(zé)任公司貴州分公司

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)以其精度高、速度快而在公路測量中應(yīng)用較廣。本文將從GPS系統(tǒng)組成及定位原理入手，從其測量方法研究中來探討其技術(shù)優(yōu)點，并結(jié)合公路工程測量實際，就其應(yīng)用價值展開闡述，以促進公路測量工作效率的提升。

GPS技術(shù)；公路工程；工程測量；應(yīng)用研究

GPS全球定位系統(tǒng)作為先進的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在滿足全天候、實時性、高精度三維導(dǎo)航及定位中發(fā)揮了重要作用。公路工程建設(shè)中的測量工作，在GPS精密定位技術(shù)的應(yīng)用較廣，特別是在線路定測設(shè)計上，利用曲線主點、中樁、橋位加樁、坐標(biāo)放樣等功能，具有更好的經(jīng)濟性和高效性優(yōu)點。為此，結(jié)合GPS系統(tǒng)組成及定位原理，從其公路工程測量實踐中的成功經(jīng)驗及優(yōu)勢進行總結(jié)，以挖掘GPS定位技術(shù)的精度和潛力。

一、GPS系統(tǒng)組成及定位原理

隨著GPS定位技術(shù)自動化程度的提升，對于GPS精密定位技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛，尤其是在公路工程建設(shè)中，從公路項目選址、大地測量、地形測量及變形監(jiān)測等方面的成功應(yīng)用中，發(fā)揮了積極的作用[1]?？偟膩砜矗珿PS系統(tǒng)由三部分組成，即空間部分、地面部分和用戶設(shè)備部分。對于空間部分主要是與GPS相關(guān)聯(lián)的工作衛(wèi)星，由24顆衛(wèi)星組成的定位體系，均勻分布在6個軌道上，與地球赤道傾角為55℃，軌道間平面交角60℃，平均離地距離為20200km，運行周期為11h58min。對于地面部分，主要是由五個地面站組成，其中主控站是對地面所有監(jiān)控系統(tǒng)進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理的中心，對于信息注入站的任務(wù)是完成對主控站信息進行注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，以確保各注入信息的準(zhǔn)確性，如衛(wèi)星星歷、導(dǎo)航電文、控制指令等；對于監(jiān)測站主要是針對導(dǎo)航電文協(xié)助主控站完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)觀測與記錄。用戶部分主要是GPS數(shù)據(jù)接收設(shè)備及相應(yīng)的管理軟件等組成，作為用戶終端，其主要功能是接收來自GPS衛(wèi)星的信號，并從導(dǎo)航及定位信息中將數(shù)據(jù)進行處理，并滿足對衛(wèi)星觀測量的數(shù)據(jù)交互需要。從GPS定位原理來看，可以分為絕對定位和相對定位。對于絕對定位是借助于GPS系統(tǒng)，通過GPS用戶接受系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星進行定位數(shù)據(jù)交互。對于GPS的絕對定位，還可以結(jié)合用戶天線狀態(tài)，分成靜態(tài)絕對定位和動態(tài)絕對定位[2]。對于相對定位，也成為差分GPS定位。其原理是通過兩臺GPS用戶接受終端，利用與GPS衛(wèi)星之間的同步信號來分別計算用戶基線端點的相對位置。通常在工程測量及變形測量中多采用相對定位方法。

二、GPS測量方法研究及優(yōu)勢總結(jié)

對于GPS在工程測量中的應(yīng)用，其方法主要依據(jù)作業(yè)模式而采用相應(yīng)的作業(yè)方法。通常分為靜態(tài)定位、動態(tài)定位、快速靜態(tài)定位及準(zhǔn)動態(tài)定位四種[3]。對于靜態(tài)及快速靜態(tài)定位方法的測量，主要是通過GPS系統(tǒng)對工程勘測階段中的地形、地面、線路、縱斷面等進行測量。RTK實時動態(tài)定位技術(shù)在使用中以載波相位觀測值作為差分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，突破了實時差分GPS測量技術(shù)中無法對數(shù)據(jù)處理滯后而帶來的定位結(jié)果重復(fù)檢核，更能夠從無線數(shù)據(jù)通信中來獲得精度更高的控制點作為基準(zhǔn)點，以一臺接收終端來作為參考，進而實現(xiàn)對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的連續(xù)觀測。對于另一流動接收機在信號接收的同時，也可以從無線傳輸設(shè)備上接收觀測數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)計算得出相對定位的三維坐標(biāo)和測量值。如此一來，就可以大大減少觀測周期，提升觀測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量，提升觀測效率。通過對GPS測量數(shù)據(jù)精度與常規(guī)測量的對比，GPS技術(shù)優(yōu)勢主要有：一是實現(xiàn)了GPS點位的獨立運行，不需要對GPS點位進行相互通視，增強了測量的靈活性；二是定位精度大大提升，特別是利用載波相位技術(shù)進行定位，其精度可達(dá)1ppm；三是自動化程度更高，利用GPS技術(shù)進行測量，觀測員只需要將接收機安裝好，并對定位點天線高度、監(jiān)視器狀態(tài)、環(huán)境氣象數(shù)據(jù)進行調(diào)試后，即可實現(xiàn)自動化監(jiān)測和記錄，從而增強了測量的便捷性；四是功能全，利用GPS測量技術(shù)能夠?qū)y定點進行平面位置及高程的測量，還可以進行RTK施工放樣測量；五是工作效率高，通過GPS測量及時，可以采用靜態(tài)定位對某一基線的觀測時間、精度需要，進行快速靜態(tài)定位觀測，縮短時間至數(shù)分鐘。而對于RTK放樣測量，通常各個放樣點只需要1-2s，流動站小組3-4人可以完成每小時5-10km的測量距離；若進行地形信息測量，則可以實現(xiàn)每小時0.8-1.5km2地面圖形測繪任務(wù)。六是結(jié)合GPS衛(wèi)星定位及合理分布，可以實現(xiàn)對任何時間、任何地點的連續(xù)觀測，基本不受天氣狀況的影響。

三、GPS技術(shù)在公路工程中測量應(yīng)用

在公路工程測量中，對于GPS的高精度、高效率優(yōu)勢的應(yīng)用較為廣泛，特別是實時RTK公路測量，其應(yīng)用領(lǐng)域及效用更為突出。如在繪制大比例尺地形圖中，對于公路選線測量如果選用傳統(tǒng)測量方法，則需要進行控制網(wǎng)的布設(shè)，并進行碎步測量來繪制成圖；而利用GPS動態(tài)測量，不僅節(jié)省測量時間，減少工作量，還能夠利用GPS自動化技術(shù)實現(xiàn)快速有效測量。在布設(shè)公路控制網(wǎng)中，利用GPS靜態(tài)觀測，可以在不需要定位點相互通視的條件下即可完成布設(shè)控制網(wǎng)任務(wù)。在公路工程施工控制測量中，利用實時GPS動態(tài)測量技術(shù)，可以獲得實時的、高精度的測量數(shù)據(jù)，減少工作強度。在公路中線放樣測量中，可以利用實時GPS放樣，對各中樁點坐標(biāo)進行輸入，系統(tǒng)會自動計算并得出放樣點位。同時各放樣點位都是獨立的，也不會產(chǎn)生累積誤差，因此在中線放樣施工中應(yīng)用十分便捷。對于公路縱橫斷面的測量中，也可以利用GPS技術(shù)開展野外實地采集斷面數(shù)據(jù)，利用自動化技術(shù)可以完成縱斷面、以及各樁號的橫斷面數(shù)據(jù)信息。總之，在利用GPS技術(shù)對公路測量任務(wù)的應(yīng)用中，既可以克服傳統(tǒng)測量方法的精度誤差，又能從測量實時性、實用性上增強對復(fù)雜地理環(huán)境的準(zhǔn)確測量。

[1]鐵中彪,王國俠.GPS與RTK在控制測量中的應(yīng)用[J].價值工程.2014(30).

[2]周新良.長遠(yuǎn)距離線路控制測量坐標(biāo)系統(tǒng)的建立與統(tǒng)一[J].科技與企業(yè).2012(14).

[3]李崇偉,花向紅,楊克明,邱衛(wèi)寧.GPS跨河水準(zhǔn)擬合方法研究與工程實踐[J].測繪地理信息.2014(06).